Recently, the demand of wireless data traffic has been increasing rapidly. Thus, the capacity of cur- rent cellular networks is expected to be fully utilized and the providers have pressure for upgrading their networks. Especially, the traffic demand from indoor areas is major burden for the providers. However, the cost to enhance system capacity might be expensive. The femtocell is an enabling technology to handle exponentially increasing wireless data traffic. In general, a femto BS is deployed in indoor area to support indoor users. Moreover, the deployment of femto BS is performed by users in distributed manner. Thus, there are some challanges for the distributed deployement.
Setting operation parameters automatically is called self-configuration. One of the parameters is transmission power level. When determining the transmission power level, the femto BS should consider interference issue. Since the frequency used for transmission can be shared with macrocell, the nearby users who are served by macrocell could be suffered from the interference generated by the femto BSs. Moreover, the neighbor femto users could also experience performance degradation by the inteference generated by the femto BSs. Thus, in this thesis, power control schemes are proposed to mitigate interference.
To overcome the intereference to the macro users, a power control scheme based on traffic density is proposed. Since there might be a small number of users in the home, it could be expected that the traffic load of the femto AP is lower than its wireless channel capacity. The proposed scheme reduces the transmission power when the traffic density of the femto AP is low, so that the femto AP could avoid any throughput loss. In order to evaluate the performances of the proposed scheme, a finite state markov chain (FSMC) model is exploited. Some numerical results of the proposed scheme verify that the proposed power control scheme reduces the transmission power level without any performance degradation of femtocells. Then, interference between femtocells are discussed. By using a game theoretical approach, a distributed power control scheme for femtocell networks is proposed, which considers both fairness between users and power consumption of femto APs. According to the game model, each femto AP tries to maximize its payoff function which is designed to enhance the value of proportional fair utility function. Moreover, we prove that proposed game model has a unique NE and the NE is globally stable.
Despite of extensive attentions paid to resource control, e.g., power control and load balancing in femtocell networks, the success largely depends on whether operators and users accept this technology or not. In this thesis, we study the economic aspects of femtocell services with game theoretic models between providers and/or users. We study the cases of monopoly and duopoly and aim at answering the key questions regarding operator’s revenue, user surplus, and social welfare. We consider three services: users can access only macro BSs (mobile-only), or use their femto BS non-exclusively or exclusively (open or closed-femto). The main messages include: 1) it is better for the operator to provide just the open-femto service than a mix of closed and open-femto services; 2) two polices of allowing or blocking the access of mobile-only users to open femto BS are not significantly differentiated in the revenue; 3) flat pricing is advantageous to the operator when users are sensitive to price; 4) the incumbent who first starts the femto service obtains most of the market share.
최근 들어 스마트 기기들의 증가로 인하여 무선 데이터 통신의 요구량이 급속하게 증가되고 있다. 이와 같은 폭발적인 무선 데이터양을 처리하기 위하여는 주파수 자원을 더 많이 사용하거나 기지국의 수를많이늘리는방법이있을수있는데두방법모두굉장한비용부담을수반한다. 이를해소할수있 는 방안으로 최근들어 펨토셀이 각광 받고 있다. 펨토셀은 소형 기지국을 기반으로 가정이나 사무실에 손쉽게 설치하여 옥내의 사용자에게 서비스를 제공해주는 시스템을 말한다. 이와 같은 펨토셀은 비용을 사용자가 부담하기때문에 사업자 입장에서 손쉽게 기지국 수를 늘릴 수 있는 좋은 방법이 된다. 사용자 기반으로 설치가 되는 펨토셀은 자동적으로 설치가 되어야 하기 때문에 모든 동작이 중앙의 제어 없이 분산적으로 이루어져야 한다. 이에 있어서 펨토셀에 의한 간섭 문제가 발생할 수 있다. 펨토셀 간섭 문제는 펨토 기지국의 전송 신호가 주변 사용자들의 수신 신호를 방해하거나 펨토셀 사용자가 주변 기지국의 수신 신호를 방해하는 경우에 발생하게 된다. 본 논문에서는 이와 같은 간섭 문제를 해결하기 위한 펨토 기지국에서의 전송 전력 조절 방안에 대한 연구를 진행하였다. 먼저 펨토셀에서 발생하는 데이터양에 따라서 전송 전력을 조절하는 방법을 제안하였다. 데이터양이 적은 경우에 전송 전력을 줄이기 때문에 펨토셀 사용자의 성능에 영향이 없이 주변 사용자에 미치는 간섭 영향을 줄일 수 있다. 다른방법으로사용자수에따라서전송전력을제어하는방법을생각할수있다. 사용자수가많은펨토 기지국은 조금 더 많은 전송 전력을 사용하고 사용자수가 적은 펨토 기지국은 조금 더 적은 전송 전력을 사용한다면 사용자들은 조금 더 공평하게 서비스를 받을 수 있을 것이다. 본 연구에서는 게임이론을 기반으로 각 펨토 기지국들이 자신의 전송 전력을 조절해 나갈 때 궁국적으로 유일한 내쉬균형점으로 수렴해 나갈 것이란 것을 보이고 그 균형점에서의 성능을 살펴 보았다. 마지막으로 펨토셀 서비스에서 중요한 문제는 경제성이다. 앞에서 언급하였듯 펨토셀이란 사업자의 망설치 부담을 사용자가 하게 함 으로서 사업자의 경제적 이득을 가져다 줄 수 있는 방법이다. 하지만 어떻게 사용자를 펨토 기지국을 자신의 집에 설치하도록 유도할 것인지, 그리고 얼마만큼의 사용자가 실제로 펨토 기지국을 설치하여 성능이얼마나변하게될것인지는굉장히중요한문제가된다. 또한앞에서언급한펨토기지국의간 섭문제 역시 경제성 문제로 귀결되는데, 각 펨토 기지국이 모든 사용자의 접속을 허용하게 된다면 간섭 문제가굉장히줄어들게된다. 여기에서도역시어떻게사용자가자신의기지국을남이사용할수있 도록 만들게 하는지에 대한 분석이 필요하며, 그에 따른 사용자와 사업자의 이득역시 살펴볼 문제이다. 본 연구에서는 이에 대한 모델링을 제시하였고, 해당 모델링에 따른 결과를 제시하게 되었다. 결과에 따르면, 펨토 기지국들이 다른 사용자의 접속을 허용하는 대가로 보조금을 지불하게 된다면 사용자는 자신의 집에 설치한 펨토 기지국을 열어둘 것이고, 이에 따라 사업자의 수익도 올라가게 된다는 것을 확인하게 되었다.
